TBM参数预测软件的开发及功用

摘要:须采用全断面岩石掘进机施工隧道（洞）工程的增多及全断面岩石掘进机施工对地质地层性能参数的敏感性，不仅需要切实对全断面岩石掘进机施工隧洞工程的经验进行认真总结，更需要利用电子计算机对数据、图形的强大处理能力，将这些经验数据化并为将来全断面岩石掘进机施工隧洞工程的全断面岩石掘进机主参数预测和开挖费用预测提供切实可行的工具和手段。为此，我们开发出了TBM参数预测软件，以期为我们国家全断面岩石掘进机应用技术水平提高做出贡献。
　　关键词:岩石掘进机技术参数预测软件
　　我国是多山的国家，且多集中在西部。随着国家西部大开发战略的实施，规划及在建的铁路和公路交通网中的穿山越岭隧道将越来越多。特别是我国南水北调西线工程，最长的隧洞长约489.9km，最长洞段长达73km。这些隧道（洞）所穿越的地质多是强度不等的岩石。目前这样隧道（洞）工程的快速、优质、安全、经济的开挖方法是全断面岩石掘进机（Fullfacerocktunnelboringmachine，简记为TBM）。由于全断面岩石掘进机施工对地质较敏感，因此，选用全断面岩石掘进机施工工程的前期工作不仅多而且细。基于全断面岩石掘进机施工工程的客观实际，我们总结了世界上典型的TBM施工隧洞工程的相关资料并进行了深入分析和研究，以此为基础，选用相应的计算机语言开发出了TBM参数预测软件，并对其部分功能进行了实例验证。
　　1、全断面岩石掘进机施工隧洞需要的基本参数
　　1.1已知参数和预测参数
　　全断面岩石掘进机施工的隧道工程需要的已知参数主要是地质地层的勘察参数和根据隧洞的几何参数确定的隧道开挖参数。地质地层的勘察参数包括：岩石类型、岩石的单轴抗压强度、抗拉强度、无侧限抗剪强度，岩石的裂隙及其与隧洞轴线的夹角、岩石的可钻性等；根据隧洞的几何参数确定的隧洞开挖参数包括隧洞的开挖直径、隧洞轴线的坡度及其曲率半径等。据此，需要预测的全断面岩石掘进机的主参数是：刀盘直径、滚刀直径、刀盘推力和刀盘装备扭矩。须预测的开挖费用包括开挖单价和刀具的消耗费用。
　　1.2预测参数的确定
　　根据隧道（洞）几何参数、隧道（洞）埋深，隧道穿越地质地层特点，首先应选择出合适的全断面岩石掘进机机型。一般条件下，隧道围岩条件好者，选用敞开式全断面岩石掘进机（opentypefullfacerocktunnelboringmachine）；隧道围岩完整性较差，容易塌方者选用护盾式全断面岩石掘进机（shieldedfullfacerocktunnelboringmachine）。由于施工隧道地质地层的差异性较大，尽管确定了施工用全断面岩石掘进机的基本机型，但其刀盘推力、刀盘扭矩、开挖速度等基本参数的确定还得要依据具体隧洞的地质地层特点，借鉴相类似工程确定；直接影响隧道工程造价的刀具寿命，开挖单价等经济性指标的确定更是如此。
　　为使上述参数的计算准确、方便，我们首先将大量实际工程记录的数据进行了收集整理并建立相应的数据库，然后通过计算机语言编程，将具体工程的隧洞开挖几何参数、地质地层条件参数与数据库中的相应参数对比分析，筛选出合适的计算参数后，再通过根据实际工程拟定的计算准则计算出结果。例如，工程工期预测。工程工期主要由全断面岩石掘进机掘进速度决定，而影响掘进速度的因素中，围岩种类和节理发育程度影响最大。在通过对秦岭I线隧道平均工作时间分析基础上，采用概率密度函数和建立线性回归函数的方法给出工程工期预测值，通过不断校正计算参数提高计算精度。工程投资和开挖单价的预测也采用这种方法。
　　2、参数预测软件的基本组成及功用
　　参数预测软件的组成主要包括用户界面、规则库、数据库、预处理程序、中间数据库、计算程序、解释系统等部分。